Как рассчитать объем расширительного бака для системы отопления

Расчет расширительного бака для отопления

Как известно, подавляющее большинство веществ в природе обладает свойством расширяться с повышением температуры. Соответствующей характеристикой служит коэффициент теплового расширения, отображающий изменение объема среды либо линейных размеров тела при нагреве на 1 °С в условиях постоянного давления (в первом случае говорят о коэффициенте теплового объемного, во втором – линейного расширения).

Рис. 1. Зависимость объема воды от температуры

Коэффициент температурного расширения воды

С увеличением температуры коэффициент объемного теплового расширения воды изменяется неравномерно (рис. 1): в диапазоне от 0 до 4 °С объем воды и вовсе уменьшается (эта особенность играет важную роль в природных водоемах), при дальнейшем нагреве значение коэффициента меняется так, как показано в табл. 1.

Температура воды, °C Коэффициент объемного теплового расширения, К -1
5–10 0,53·10- 4
10–20 1,50·10 -4
20–40 3,02·10 -4
40–60 4,58·10 -4
60–80 5,87·10- 4

Вот, что это означает на практике. Примерный объем воды в системе отопления индивидуального дома тепловой мощностью 30 кВт составляет 450 л (в ориентировочных расчетах допускается принять 15 л/кВт). В табл. 2 приведены расчеты, показывающие, что при нагреве с 5 до 80 °C увеличение этого объема составит порядка 13 л.

Температура воды, °C Коэффициент объемного теплового расширения, К -1 Увеличение объема, л
5–10 0,53·10 — 4 0,119
11–20 1,50·10 — 4 0,675
21–40 3,02·10 — 4 2,718
41–60 4,58·10 — 4 4,122
61–80 5,87·10 -4 5,283
Итого: 12,917 (2,87 %)

Чтобы принять дополнительный объем жидкости, образующийся при ее нагревании, систему отопления оснащают расширительным баком (экспанзоматом). Раньше в этом качестве широко использовались открытые (с доступом атмосферного воздуха) резервуары, размещаемые в верхней точке системы – как правило, на чердаке дома. Такое решение, хотя применяется и сегодня, не соответствует современным требованиям к элементам отопительных систем, и предпочтение отдано мембранному расширительному баку: его можно устанавливать в любом месте дома (в том числе – непосредственно в котельной), в нем не происходит попадания кислорода в теплоноситель (т.е. исключается основной фактор коррозии оборудования), а рабочая жидкость не теряется из-за испарения.

Если в открытой системе отопления тепловое расширение воды приводит к увеличению ее объема с перемещением образующегося «излишка» в расширительный бак, то в замкнутом трубопроводе результатом окажется повышение давления.

Значение Δp прямо пропорционально коэффициенту теплового расширения и обратно пропорциональна коэффициенту объемного сжатия воды (зависит от давления, в диапазоне 1–25 бар – 49,51∙10 -11 Па, в гидравлических расчетах принимают равным 4,9 ∙10 -10 Па):

Δp = βt • Δt / βv, Па.

Представленные в табл. 3 результаты расчетов показывают, каким значительным является увеличение давления при нагреве воды на 75 °C в замкнутом трубопроводе – в разы выше давления разрушения полнобиметаллического радиатора, не говоря уже о других элементах отопительной системы. Поправка на деформацию труб и оборудования уменьшит это значение, но не изменит ситуации кардинально.

Температура воды, °C Коэффициент объемного теплового расширения, К -1 Увеличение давления, бар (1 бар = 0,1 МПа)
5–10 0,53·10 -4 5,41
11–20 1,50·10 -4 30,61
21–40 3,02·10 -4 123,26
41–60 4,58·10 -4 186,93
61–80 5,87·10 -4 239,59
Итого: 346,21

Конструкция расширительных баков

Помимо обязательности расширительного бака, полученные цифры показывают важность его правильного подбора (при недостаточном объеме неизбежно разрушение мембраны ), а также необходимость компенсации теплового расширения воды в замкнутом трубопроводе даже при относительно небольшом перепаде температур. Например, аварийная ситуация может возникнуть в системе холодного водоснабжения квартиры при самопроизвольном нагреве поступившей воды до комнатной температуры и закрытом кране на вводе.

Существуют две основные конструкции мембранных расширительных баков. Наиболее простая – с диафрагменной (лепестковой) мембраной, наглухо зафиксированной в месте соединения полукорпусов. Такие модели имеют меньшую стоимость и применяются достаточно широко, однако обладают недостатками, основные из которых – контакт теплоносителя с материалом корпуса и невозможность ремонта при повреждении мембраны. Баки второго типа оборудуется сменной мембраной – баллонной либо сферической, помещаемой в корпус через горловину с фланцем ( рис. 2 ). Они ремонтопригодны, исключают коррозию металлических стенок от соприкосновения с рабочей средой, характеризуются более полным заполнением внутреннего пространства корпуса (полезный объем), чем экспанзоматы с диафрагменной мембраной.

Pис. 2. Конструкция расширительных баков со сменной мембранойVRV

Принцип работы у мембранных баков обоих типов одинаковый: внутренний объем резервуара разделен эластичной перегородкой на две полости – воздушную и водяную. При нагреве жидкости в системе и увеличении ее объема происходит заполнение водяной полости с растяжением мембраны и сжатием газа (воздуха или азота) в пространстве между ней и корпусом. При остывании теплоносителя имеют место обратные процессы – сжатие жидкости и мембраны, расширение газа.

Давление воздушной подушки настраивается таким образом, чтобы при неработающей системе отопления статическое давление теплоносителя в ней было компенсировано, и мембрана находилась в равновесном состоянии (подробнее читайте в статье о расчете и размещении мембранного бака). Обычно в продажу мембранные расширительные баки поступают с предварительно настроенным давлением в 1,5 бара. Для возможности регулирования и поддержания предварительного давления мембранный бак оснащают ниппелем.

Материалами для изготовления мембран в настоящее время служат различные эластомеры – натуральная каучуковая (используется при изготовлении баков для холодного водоснабжения) и синтетическая резина – бутиловая, стирол-бутадиеновая (SBR), нитрил-бутадиеновая (NBR), а также этилен-пропилен-диен-мономер (EPDM), хорошо зарекомендовавший себя в инженерных системах различного назначения. Мембраны из EPDM эластичны, термостойки, гигиеничны и долговечны (ресурс оценивается в 100 тыс. циклов динамического нагружения), поэтому широко применяются в баках для отопления и водоснабжения, включая питьевое. В нормально работающих системах отопления мембраны экспанзоматов не подвержены резким динамическим воздействиям (изменение объема теплоносителя происходит достаточно плавно), поэтому основными требования к ним являются термическая стойкость и долговечность. EPDM как нельзя лучше отвечает этим критериям.

Производство мембран расширительных баков нормируются европейским стандартом DIN 4807-3 «Расширительные емкости, мембраны из эластомеров для расширительных баков. Технические требования и испытания» (Expansion vessels; elastomer membranes; requirements and testing).

На рис. 3 показаны сменные мембраны из EPDM. Их крепление к фланцу бака осуществляется с помощью контрфланца с приваренным присоединительным штуцером и дырчатым рассекателем струи по центру. В случае порыва мембраны (если такое все же произошло) ее несложно извлечь, чтобы заменить на новую или отремонтировать (повреждение можно заклеить самостоятельно или обратиться в ближайший шиномонтаж для вулканизации).

Рис. 3. Сменные EPDM-мембраны для расширительных баков

Корпус мембранного расширительного бака, как правило, изготавливают из пластичной углеродистой стали методом холодной глубокой штамповки с последующей покраской эпоксидной эмалью. Внутреннюю поверхность экспанзоматов со сменной мембраной обычно не окрашивают, и чтобы исключить риск ее коррозии при выпадении конденсата, в воздушную полость на заводе закачивают химически нейтральный азот.

Как правило, вертикальные баки емкостью от 50 л оборудуют опорами-ножками для напольной установки. Модели меньшего объема (обычно – до 35 л включительно) подвешивают непосредственно на трубопровод или крепят к стене с помощью специальных кронштейнов (консолей).

Таблица 4. Технические характеристики расширительных баков VALTEC

Характеристика Значение
Рабочая температура, °С От –10 до +100
Максимальное рабочее давление, бар 5
Заводское давление газовой камеры (преднастройка), бар 1,5
Материал корпуса Сталь углеродистая с окраской эпоксидным полиэстером красного цвета
Материал мембраны EPDM
Тип мембраны Сменная
Срок службы при соблюдении паспортных условий эксплуатации, лет 25

Удобный монтаж экспанзоматов в системах мощностью до 44 кВт обеспечивает группа безопасности расширительного бака VT.495 (рис. 4), представляющая собой полую стальную оцинкованную консоль с фланцем для крепления к стене и предустановленным комплектом сантехнических устройств из предохранительного клапана, автоматического воздухоотводчика и манометра. Имеются также два резьбовых патрубка – для подключения группы к системе и подсоединения расширительного бака. Габариты консольной группы безопасности позволяют подвешивать непосредственно к ней расширительные баки размером до 50 л включительно.

Рис. 4. Группа безопасности расширительного бака VT.495

Важным и полезным аксессуаром для расширительных баков систем отопления и ГВС является также разъемный сгон-отсекатель VT.538, позволяющий отсоединять мембранные баки от трубопровода без его опорожнения.

Расчет и объем расширительного бака для отопления

Расчет размера расширительного бака для закрытой системы отопления

Прочитав этот материал, вы сможете раз и навсегда оставить позади проблему расчёта расширительного бака для закрытой и открытой систем отопления. Ниже вы сможете найти формулы. Также затронута тема возможных проблем из-за неправильного выбора этого оборудования.

Одной из ключевых задач, которую нужно выполнить – это расчет расширительного бака для закрытой системы отопления. В свою очередь, в открытых контурах это не имеет столь большого значения. В принципе, расчет несложный, если вы владеете информацией. Несмотря на простоту вычислений, на практике случается допущение ошибок, которые приводят к негативным последствиям. Самая распространенная ошибка – это халатное отношение к выбору. Бывает так, что люди не уделяют достаточного внимания расчету объема расширительного бака для отопления и начинают разбираться в нюансах, только после того, как появляются первые проблемы и система требует ремонта.

Возможные проблемы

Для начала давайте рассмотрим последствия неправильного расчета расширительного бака для закрытой системы отопления. Возможно, и у вас стоит непригодный резервуар для вашей системы, а вы об этом даже не подозреваете. В случае если объём бака был рассчитан правильно, в контуре всегда будет стабильное давление. Не имеет значения открытая у вас система, или закрытая, расчет объема расширительного бака для отопления обоих видов схож, так как принцип их работы приблизительно одинаковый. Суть в том, что вода в трубах выступает в роли теплоносителя.

Читайте также  Газовое отопление частного дома

То есть она разносит тепло по всему контуру и отдает его посредствам радиаторов, и стенок труб. Благодаря этому в помещении становится тепло. При этом количество воды всегда изменяется. После того, как она нагревается, ее становится больше, а после того, как остывает – меньше. Сдавить воду механическим путем невозможно, значит, нужно на время выводить ее излишки из контура. И обязательно в таких количествах, чтобы давление в системе всегда держалось на необходимом уровне, без перепадов. Вот мы и подошли к главному – это перепады давления.

Если в контуре происходят перепады давления – это первые звоночки о неправильном функционировании. Виной этому может быть неправильно рассчитанный объем расширительного бака для системы отопления.

Каким образом происходят перепады

  • повышение;
  • понижение.

Оба процесса взаимосвязаны. Увеличение давления в контуре означает, что теплоносителю некуда деваться после того, как он увеличился в объёме. Одной из причин, не единственной, может быть неправильный расчет расширительного бака для отопления закрытого типа. Каким образом это происходит на практике? Возьмем, к примеру, контур, вмещающий сто литров теплоносителя:

  • в системе находится сто литров холодной жидкости;
  • включается котел и нагревает теплоноситель;
  • вода расширяется и ее становится уже не сто, а приблизительно сто пять литров;
  • лишняя жидкость должна куда-то деваться. Для этого в контуре установлен расширительный бачок;
  • после того как теплоноситель остыл, его в контуре стало не хватать, так как часть вытиснилась в бачок. Соответственно, воду в трубы надо вернуть, что и происходит, если все хорошо.

Давление и объем расширительного бака для системы отопления

Если же объем расширительного бака для закрытой системы отопления меньше необходимого, то вся жидкость, которая не вместилась, будет выведена наружу. В контуре предусматриваются специальные клапаны, которые выбрасывают теплоноситель в том случае, если давление повышается до критического уровня. Такими клапанами оснащены и современные котлы. Это необходимое условие для безопасной эксплуатации отопления. Повышение давления может привести даже к взрыву. Представьте себе последствия, когда трубы просто разрывает и горячая вода летит во все стороны. Помимо того, что можно получить травму от удара, такое чрезвычайное происшествие грозит ожогами находящимся поблизости людям и животным.

В дальнейшем, после остывания, вода уменьшается в объёме. Жидкость из бака вытесняется обратно в трубы, но теплоносителя все равно не хватает. Это потому что выведенная вода наружу не вернулась, она ушла безвозвратно. В результате давление в контуре резко падает. Это приводит к следующим результатам:

  • остановка котла. У нагревателей есть определенный порог минимального давления, при котором он может работать. Если это значение не выдерживается, он просто не может включиться, автоматика не позволяет это сделать;
  • размораживание системы. Если остановка отопительного оборудования произошла зимой, а вы не дома, может произойти серьезная авария. Система замерзнет за несколько часов, в зависимости от уровня теплоизоляции вашего жилья;
  • необходимость подпитки. Надо подлить недостающее количество воды в контур.

Это результаты грубых ошибок, допущенный при расчете расширительного бака для отопления, или если вы понадеялись на резервуар, встроенный в котел.

В современных котлах есть встроенные баки, объёма которых зачастую недостаточно. Обязательно учитывайте этот факт и при необходимости устанавливайте дополнительные резервуары.

Бывает и так, что бак полностью заполняется, давление продолжает расти, но не доходит до критического уровня. Стрелка манометра балансирует на грани рабочего максимума контура, при этом все функционирует. Таких случаев не счесть. Люди очень часто задают вопросы по поводу таких вот перепадов. Конечно, такие процессы их волнуют, так как они не являются нормой. При таких повышениях контур работает в экстремальных условиях, что приводит к его скорейшему износу. Также такие процессы неблагоприятно влияют на котел, а он денег стоит и не малых.

Подбор объёма

Рассмотрим по отдельности как рассчитать расширительный бак для отопления герметичного и открытого типов. Так как конструкция и принцип действия таких резервуаров абсолютно разные, хотя оба выполняют одинаковую функцию.

Расчет объема расширительного бака открытой системы отопления

Размеры расширительного бака для открытой системы отопления, по большому счету, определяют его объём, так как конструкция такого резервуара довольно проста. Он делается из листового металла. В нем есть отверстие, через которое теплоноситель попадает вовнутрь и уходит опять в трубы. Также они могут быть оснащены отверстием для перелива, через которое лишняя вода выводится в канализацию.

Бывает, что в резервуар подводят автоматическую подпитку. Но главное, как рассчитан расширительный бак в системе отопления, а точнее, его объём. Возьмём все ту же систему со ста литрами воды. После нагревания жидкость увеличится процентов на пять, может больше, в зависимости от температуры в контуре. Выходит, что объем расширительного бака для этой открытой системы отопления должен быть не меньше пяти литров, лучше больше. И расчет расширительного бака для системы отопления сводится к следующему алгоритму:

  • пять литров – это расширение воды;
  • пару литров должно всегда быть в баке – это чтобы воздух не попадал в контур;
  • литра три надо сделать про запас.

По итогам расчёта объема расширительного бака для отопления получает десять литров. Кстати, это самый простой и распространенный способ подбора – десять процентов от количества воды в контуре.

Самый простой способ, как рассчитать объем расширительного бака для отопления — это вычисление десятой части от общего количества теплоносителя. Это значение с необходимым запасом, при котором все будет работать как часы.

Для закрытых систем помимо простого, народного, способа расчета объема расширительного бака системы отопления, есть более точные методы. Чтобы воспользоваться ими, нужно знать несколько значений. К ним относятся:

  • насколько увеличивается объём воды (ОВ) при нагревании. Ответ: на пять процентов. Значение округлено до целого числа без дробей, для удобства. Если в вашем контуре циркулирует незамерзающая жидкость, антифриз, то это значение будет больше;
  • сколько всего воды в контуре (ВК). Такие данные должны быть уже с этапа проектирования. Так как подбор нагревателя осуществляется исходя из этой величины. Если случилось так, что вы не знаете, сколько там литров, остается только замерять. Первое что приходит на ум – это слить полностью всю жидкость из контура и заполнить его заново. Количество литров можно измерить ведрами, а можно воспользоваться специальным счетчиком, который устанавливается на потоке;
  • на какое максимальное давление рассчитан контур и котел (ДК). Это значение можно прочитать в документах нагревателя, или на нем самом. Вряд ли случится так, что нет ни документов, ни информации на корпусе котла. Но если уж так вышло, то интернет вам в помощь;
  • какое давление в воздушной камере расширительного резервуара (ДБ). Это тоже указано в технической документации.

Чтобы рассчитать какой объем расширительного бака нужен для отопления, следует выполнить несложное математическое вычисление:

ОВ х ВК х (ДК + 1) / ДК – ДБ

По результатам расчета емкости расширительного бака для отопления вы получите точное значение. Остается открытым вопрос о целесообразности таких сложных подсчетов. Несомненно, по итогам этой формулы расчёта расширительного бачка системы отопления, получится меньшее значение, чем по результатам «народного» метода. Но погрешность в большую сторону не является ошибкой. Если резервуар больше необходимого – ничего страшного, просто нужно правильно его настроить.

До какого уровня накачивать воздушную камеру

Важно правильно настроить расширительный бачок для отопления закрытого типа. Расчет вместительности — это, конечно, серьёзный аспект, но даже если он выполнен правильно, бак все равно может работать неподобающим образом. Чтобы с этим разобраться, вкратце остановимся на его конструкции. Он состоит из двух отделений, между которыми есть резиновая прокладка. Связи между камерами нет. В отделении для воздуха есть ниппель.

В процессе эксплуатации вода заполняет объём камеры бака, при этом мембрана растягивается. Если давление в воздушной камере слишком высокое, оно просто не даст резинке деформироваться. В итоге, бак не работает. В воздушной камере должно быть на две десятых атмосферы меньше, чем рабочее давление котла. Или же для настройки воспользуйтесь рекомендациями производителя.

Калькулятор расчета объема расширительного бака для системы отопления

Система отопления закрытого типа имеет немало преимуществ. Она намного компактнее, так как не требует соблюдения правила установки расширительного бака в высшей точке, легче поддаётся регулировкам, работает экономичнее, а теплоноситель не испаряется и не контактирует с воздухом, то есть не насыщается кислородом, что очень важно для долговечности металлических элементов котла и радиаторов.

Калькулятор расчета объема расширительного бака для системы отопления

Калькулятор расчета объема расширительного бака для системы отопления

Компенсация температурного расширения воды происходит за счет установки мембранного расширительного бака, который может быть смонтирован, например, на «обратке» в непосредственной близости от котла. Необходимо лишь правильно определиться с параметрами этого важного элемента системы. В этом нам поможет калькулятор расчета объема расширительного бака для системы отопления.

Необходимые разъяснения по выполнению вычислений – ниже самого калькулятора.

Калькулятор расчета объема расширительного бака для системы отопления

Пояснения по проведению вычислений объема бака

Понятно, что при монтаже системы отопления, особенно в условиях дефицита места, хочется по максимуму сэкономить свободное пространство. Тем не менее, объем расширительного бака не может быть меньше расчетного значения.

Читайте также  Как сделать масляный радиатор своими руками

В основу расчета положена следующая формула:

Vb = Vt × Kt / F

Vb — рассчитываемый объем расширительного бака.

Vt — объем теплоносителя в системе.

  • Практический способ – засечь по водомеру во время пробного заполнения системы.
  • Самый точный способ – просуммировать внутренние объемы всех элементов системы – котла, труб, радиаторов и т.п.
  • Простейший «теоретический» метод — не боясь совершить серьезную ошибку, можно принять соотношение 15 литров теплоносителя на каждый киловатт мощности котла отопления. Именно эта зависимость и заложена в калькулятор расчета.

Kt — коэффициент, принимающий во внимание тепловое расширение применимого теплоносителя. Этот показатель зависит от содержания в теплоносителе антифризных добавок, и изменяется и с процентным соотношением этих добавок, и с ростом температуры, причем — нелинейно. Существуют специальные таблицы, но в нашем случае эти данные уже внесены в калькулятор – из расчёта среднего нагрева теплоносителя до +70÷80 ºС (это наиболее оптимальный режим работы автономной системы отопления).

Если в системе применяется вода, то это необходимо отметить в соответствующем поле калькулятора.

Цены на расширительные баки для системы отопления

2016-08-05_185910Что может использоваться в качестве теплоносителя?

Для частных домов, которые могут оставляться хозяевами в зимнее время на длительное время с выключенным отоплением, целесообразнее применять незамерзающие жидкости – антифризы. О разнообразии теплоносителей для систем отопления , об их свойствах, достоинствах и недостатках – в специальной публикации нашего портала.

F — так называемый коэффициент эффективности мембранного расширительного бака. Он выражается следующей зависимостью:

F = (Pmax – Pb) / (Pmax + 1)

F — вычисляемый коэффициент эффективности бака.

Pmax — максимальное давление в системе, которое соответствует порогу срабатывания аварийного клапана в «группе безопасности». ЭтоТ параметр обязательно указывается в паспортных данных котельного оборудования.

Pb — давление подкачки воздушной камеры расширительного бачка. Изделие может поступать уже предварительно накачанное – тогда этот параметр будет указан в паспорте. Впрочем, эту величину можно и изменять – воздушная камера поДкачивается, например, автомобильным насосом, или, наоборот, из нее стравливается избыточный воздух – для этого на баке имеется специальный ниппель. Как правило, в автономных системах отопления рекомендуют закачивать воздушную камеру до уровня одной – полутора атмосфер.

Какие еще элементы обязательны в системе отопления закрытого типа?

Чтобы правильно спланировать и смонтировать отопление в доме или квартире, необходимо знать его устройство и взаимосвязь всех основных приборов и элементов. Подробно о системе отопления закрытого типа рассказывает специальная публикация нашего портала.

Ради стабильности системы необходимы вычисления: как рассчитать расширительный бак для отопления?

Фото 1

Расширительный бак (экспансомат) — важный элемент системы отопления, выравнивающий показатель давления и поддерживающий объем теплоносителя при его температурных расширениях и сжатиях.

Перед установкой прибора, необходимо правильно рассчитать его объём.

Функции расширительного бака

Фото 2

Согласно законам физики, вода при нагревании на 10 градусов, увеличивается в объёме на 0.3%.

Для небольшого количества воды это явление малозаметное, но для тонны или нескольких тонн, которые находятся в отопительной системе, это существенный показатель.

Появление дополнительного объёма воды может повлиять на состояние труб отопления или даже привести к их повреждениям. Для предупреждения такой ситуации устанавливается расширительный бак.

Его функции состоят в следующем:

  1. Удаляет из системы излишек воды при её нагревании.
  2. Обеспечивает необходимое давление и предотвращает его скачкообразные повышения (гидроудары).
  3. Удаляет из отопительной системы воздух, который действует на неё разрушительно.

Воздух, изначально растворенный в воде, при её нагревании начинает активно выделяться (при высокой температуре показатель достигает 90%). Вместе с теплоносителем этот воздух перемещается к баку, где скапливается, а затем выводится вовне.

Разновидности

В зависимости от конструкции делятся на открытые и закрытые.

Открытые

Это резервуары цилиндрической или прямоугольной формы, которые монтируются в верхней точке системы отопления (зачастую на чердаке). Ёмкость подключается к водопроводу для пополнения запаса воды и к канализационной системе для отвода лишнего теплоносителя.

Фото 3

Фото 1. Расширительный бачок открытого типа. Агрегат прямоугольной формы, установлен в верхней точке системы отопления.

Минус данной разновидности оборудования в том, что отсутствует автоматическая регулировка уровня воды. Придётся контролировать количество жидкости в ней визуально, а чтобы добавить воду, открывать вентиль перед входным патрубком. Ещё одно неудобство — сложный монтаж, ведь бак обладает немалым весом, а его придётся поднимать на чердак. Из-за описанных нюансов этот тип оборудования был почти вытеснен баками закрытого типа.

Закрытые

Конструкция шаровидной или овальной формы с двумя камерами внутри: одна для воздуха, а другая — для воды, поступающей из системы отопления. Они отделены друг от друга мембраной, которая представляет собой резиновый резервуар в виде мешка, способный расширяться и сжиматься.

При поступлении воды в первую камеру мембрана растягивается и воздух из второй камеры выходит через специальный клапан. При остывании жидкости мембрана начинает возвращаться в изначальное положение и выдавливает воду обратно в систему отопления.

Фото 4

Фото 2. Достаточно простое устройство расширительного бака закрытого типа. Стрелками указаны составные части.

В зависимости от вида мембраны, различают два типа закрытых расширительных резервуаров:

  1. Оснащённые несъемной диафрагменной мембраной

Конструкция отличается большой прочностью за счёт изготовления способом холодной штамповки. К тому же баки этого типа обладают антикоррозионной защитой поверхности с внешней и внутренней стороны. Полость бака разделяет на две камеры эластичная мембрана. Теплоноситель поступает из системы в нижнюю камеру. Когда мембрана займёт нужное положение, — окажется на поверхности жидкости, — устройство готово к работе.

  1. С фланцевым крепежом

Мембрана присоединяется к входному патрубку посредством фланцевого крепежа, что позволяет заменять изношенную мембрану на новую. Теплоноситель находится внутри мембраны и не соприкасается со стенками бака, что даёт возможность не прибегать к антикоррозионным мероприятиям.

Расширительные резервуары закрытого типа часто монтируются рядом с котлами отопления. Второй вариант — установка возле бойлера, если планируется монтаж двухконтурной отопительной системы, предусматривающей горячее водоснабжение.

Расчет расширительного бака для закрытой системы отопления — примеры

расширительный бак

Для балансировки автономной системы отопления используется расширительный бак.

Его задача- выравнивать объем теплоносителя, нагретого до высоких температур, и поддерживать заданное давление.

Надежность выполнения возложенных на этот элемент функций зависит от того, насколько правильно подобран его объем.

Этот параметр не является константой и зависит от конкретных условий. Ниже рассмотрим, как производится расчет расширительного бака для закрытой системы отопления.

Принцип действия расширительного бака

Принцип действия компенсирующего устройства прост, в нем нет никаких сложных технических решений. Однако малейшая ошибка в расчете может повлечь за собой выход из строя отопительной системы в целом.

Внутреннее пространство бака разделено на две части эластичной мембраной. Верхняя полость называется воздушной – в нее закачивается воздух. Цель этой операции – создать начальное давление в емкости. Вода из системы подается в нижнюю полость. Как только мембрана займет устойчивое положение – ляжет на поверхность жидкости, система может считаться готовой к работе.

расширительный бачок

Принцип работы закрытого расширительного бака

Разогретый теплоноситель расширяется, и его избыток поступает в бак, смещая мембрану в сторону воздушной камеры. Как только вода начинает остывать, мембрана под давлением воздуха возвращается в исходное положение, поддерживая тем самым заданное давление в системе отопления.

Слишком большой расширительный бак не в состоянии создать нужнее давление в системе. Недостаточная вместимость компенсирующего устройства не позволит принять весь избыток расширенной воды.

Поэтому так важно правильно рассчитать оптимальный объем этого важного элемента автономной отопительной системы.

организация отопления в частном домеВ отопительной системе бак расширительный для отопления должен быть установлен в обязательном порядке. Для чего это нужно, читайте на сайте.

Схема отопления двухэтажного дома представлена тут. В чем принципиальное отличие от отопительной системы двухэтажного дома?

Методы стравливания воздуха из отопительной системы описаны в этом обзоре.

Ориентировочные значения содержания воды в системах отопления

Для определения объема расширительного бака необходимо знать, какое количество теплоносителя умещается в отопительной системе. Данный параметр равен сумме объемов котла, трубопроводов и отопительных приборов.

  • 7 литров – при использовании в системе конвекторов;
  • 10,5 литров – если в качестве отопительных приборов установлены радиаторы.

Наличие теплых полов требует объема теплоносителя в количестве 17 л/кВт.

Расчет вместимости отопительной системы достаточно сложный, выполнить его под силу лишь специалистам. Потребитель, не обладающий инженерными знаниями, может воспользоваться приблизительной зависимостью – 1 кВт мощности котла = 15 литрам объема теплоносителя.

Например, при мощности котла, равной 25 кВт, объем воды в системе составит:

25 х 15 = 375 (литров).

Объем расширительного бака

Выбор размера расширительного бачка зависит от трех основных параметров:

  • объема теплоносителя в системе – чем он больше, тем большими должны быть размеры бака;
  • температуры теплоносителя – чем выше разогрев, тем больше должна быть вместимость расширительной емкости;
  • давления в системе – чем выше его допустимый показатель, тем меньше должен быть объем бачка.

Коэффициент увеличения объема воды/водогликолевой смеси в зависимости от температуры

Как известно из законов физики, все жидкости при нагревании расширяются (как, впрочем, и любые тела). Этот факт необходимо учитывать при расчете объема расширительного бака.

Вода увеличивается в объеме при нагреве до 95 0 С на 4%. Это утверждение достаточно точное, поэтому им можно оперировать в расчетах без опасений.

Читайте также  Какие радиаторы лучше: биметаллические или чугунные

Если в качестве теплоносителя используется водогликолевая смесь, картина несколько меняется – в зависимости от содержания этиленгликоля.

отопительная система закрытого типа

Расширительная емкость в отопительной система

В таком случае коэффициент расширения рабочей жидкости определяется следующим образом:

  • 4% х 1,1 = 4,4% — при содержании этиленгликоля в количестве 10% от общего объема теплоносителя;
  • 4% х 1,2 = 4,8% — если объем этиленгликоля в смеси составляет 20%, и т. д.

Вышеприведенные величины будут меняться в зависимости от того, до какой температуры разогревается теплоноситель. Например, при 80 градусах коэффициент расширения воды составит 0,0290. Если 10 процентов ее объема заместить этиленгликолем, коэффициент будет равен 0,0320. Смесь гликоля напополам с водой (50%) характеризуется коэффициентом расширения 0,0436.

Расчет объема расширительного бака для отопления

Основная формула, по которой можно рассчитать необходимый объем расширительного бака, выглядит так:

V = (VL x E) / D, где

емкость установленная горизонтально

VL – суммарная емкость системы отопления, включающая в себя объем котла, всех аккумуляторов тепла (конвекторов, радиаторов и пр.) и трубопровода;

  • Е – коэффициент расширения рабочей жидкости (теплоносителя);
  • D – эффективность расширительного бака (мембранного).

Последний параметр зависит от двух величин – давления:

  • PV — максимального рабочего в системе;
  • PS — зарядки мембранного бачка.

Для коттеджей принято считать достаточным PV = 2,5 бар.

PS должно равняться статическому давлению отопительной системы и принимается 0,5 бар = 5 м.

закрытая отопительная системаОтопление с естественной циркуляцией применяется все реже из-за явных недостатков данной системы. Закрытая система отопления с принудительной циркуляцией обладает целым рядом преимуществ.

Схему монтажа циркуляционного насоса в систему отопления вы можете посмотреть далее.

Пример расчета

В качестве примера рассмотрим систему отопления коттеджа площадью 300 кв. м. для обеспечения автономного отопления установлен котел мощностью 30 кВт. Кроме того, задействован теплоаккумулятор объемом 1000 литров. Высота системы составляет 5 метров.

Сначала рассчитаем общий объем теплоносителя:

VL = 30 х 15 + 1000 = 1450 (литров), где

  • 30 – мощность котла, кВт;
  • 15 – удельный объем теплоносителя на 1 кВт мощности котла, литры;
  • 1000 – объем аккумулирующей емкости.

Далее переходим к расчету эффективности мембранного бака:

D = (PV – PS) / (PV + 1)

  • PV = 2.5 бар;
  • PS = 0.5 бар.

Следовательно, D = (2.5 – 0.5) / (2.5 + 1) = 0.57

Теперь можно определить объем бака:

V = 1450 х 0,04 / 0,57 = 101,75 (литра), где

0,04 – коэффициент расширения теплоносителя (в нашем случае это – вода без добавления гликоля).

В таких случаях результат расчета необходимо округлять в большую сторону. В нашем случае ближайшее стандартное значение будет 110 литров. Именно такой бак и надо покупать.

Рекомендации специалистов

монтаж бака отопительного

Расширительный бак закрытого типа необязательно устанавливать в наивысшей точке системы.

Главное преимущество мембранных компенсаторов как раз и заключается в возможности его размещения в месте, наиболее удобном для монтажа и эксплуатации.

Маленькие бачки объемом 20-25 литров устанавливают обычно в системы с циркуляционным насосом, мощность которого составляет 1,2 кВт. Увеличения емкости до 20-60 литров приведет к увеличению мощности насоса до 2,0 кВт.

В продаже есть компенсирующие устройства объемом 100-200 литров. Помимо их прямого назначения они могут играть роль накопительного резервуара для теплой воды. Правда, использовать их в таком ключе можно лишь в случае отключения основного источника ГВС на короткий срок.

Типоразмеры расширительных баков занимают довольно широкий диапазон. Среди них попадаются модели с габаритами настолько большими, что стандартные дверные проемы не позволяют внести их внутрь помещения. В такой ситуации лучше одну огромную емкость заменить на несколько маленьких. Главное, чтобы их суммарный объем равнялся расчетному.

Видео на тему

Как рассчитать объем расширительного бака

Расчет объема расширительного бака выполняется по специальной методике. Ниже приведены алгоритмы вычислений для систем отопления открытого и закрытого типа. Применение представленных рекомендаций поможет получить точный результат без обращения к профильным специалистам и калькулятору.

Расчет расширительного бака для закрытого типа отопления

Специальные емкости применяют для компенсации увеличения теплоносителя при повышении температуры. В закрытой системе отопления устанавливают мембранный бак.

Ниже приведены особенности типовой конструкции с назначением типовых функциональных компонентов:

  • гибкая герметичная перегородка делит рабочий объем на две части;
  • одну – через патрубок подсоединяют к магистрали теплоснабжения;
  • в другую закачивают под необходимым давлением воздух;
  • для создания корпуса применяют устойчивые к процессам коррозии материалы;
  • фиксацию в горизонтальном положении крупных моделей обеспечивает подставка.

Мембранный расширительный бак устанавливают в любом удобном для пользователей месте. Следует обеспечить удобство доступа для обслуживания. С помощью встроенного штуцера с клапаном добавляют (стравливают) воздух, создавая необходимое давление.

Расчет расширительного бака для закрытой системы отопления начинают с определения количества жидкости в системе. Самые точные данные можно получить на стадии заполнения. Также применяют последовательное сложение емкостей трубопроводов, радиаторов, иных компонентов.

Чтобы рассчитать общий объем теплоносителя быстро, профильные специалисты часто применяют ориентировочные пропорции.

Ниже приведены значения (в литрах) на 1 кВт мощности котла при подключении разных видов оборудования:

  • стальные конвекторы (6-8);
  • алюминиевые, чугунные радиаторы (10-11);
  • теплый пол (16-18).

Если для отопления частного дома применяют комбинацию из разных нагревательных приборов, берут 15 л/ 1 кВт. При мощности газового котла 7,5 кВт получится следующий результат вычислений: 7,5*15=112,5 л.

Подходящие размеры расширительного бака для отопления закрытого типа зависят от нескольких параметров:

  • суммарного объема водопровода и подключенных устройств;
  • типа теплоносителя;
  • максимального давления;
  • температурного режима.

При заполнении отопительной системы водой происходит увеличение объема на 4% в процессе повышения температуры от 0 С до +95 С. Для предотвращения замерзания в зимний период теплоноситель дополняют этиле
нгликолем.

Такая смесь расширяется на 10% больше по сравнению с рассмотренным выше примером (на 4,4%). Аналогичные поправки делают при монтаже холодоснабжения.

В сводной таблице представлены коэффициенты расширения воды (смеси).

Эти данные помогут сделать точный выбор расширительного бака:

Концентрация этиленгликоля в % Температура теплоносителя, °С
20 60 80 100
0,00013 0,00177 0,0171 0,0290 0,0434
20 0,0064 0,008 0,0232 0,0349 0,0491
40 0,0128 0,0144 0,0294 0,0407 0,0543

Расчет расширительного бака для отопления (О)выполняют по формуле О = (Ос х Кр) / Э, где:

  • Ос – суммарный объем функциональных компонентов;
  • Кр – поправочный коэффициент (из таблицы для определенного состава теплоносителя);
  • Э – эффективность бака.

Последнюю позицию вычисляют следующим образом Э = (Дс-Дб)/ (Дс+1), где Д – это давления:

  • Дс – максимальное в системе ГВС (норматив для частных домов 2-3 атм);
  • Дб – компенсирующее, которое принимают равным статическому (0,1 атм на каждый метр высоты строения).

Пример расчета

Пример ниже показывает, как выбрать расширительный бак для отопления коттеджа со следующими параметрами:

  • площадь общая – 180 м кв.;
  • количество этажей – 3;
  • высота потолков – 2,5 м;
  • теплоноситель – вода с добавлением этиленгликоля 20%;
  • рабочее давление – 2,5 атм;
  • максимальная температура – не более +80С.

Расчет объема расширительного бака:

  • устанавливают суммарную высоту отапливаемых помещений: 3*2,5 = 7,5 м;
  • компенсирующее давление составит: Дб = 7,5*0,1 = 0,75 атм;
  • определяют эффективность: Э = (2,5-0,75)/(2,5+1) = 0,5;
  • для отопления такого здания понадобится котел мощностью 18 кВт (один кВт на каждые 10 кв. м площади);
  • без точного измерения можно установить приблизительное количество теплоносителя следующим образом: 18*15=270;
  • подставив значения в формулу, вычисляют объем расширительного бака для отопления: О = (270*0,0349)/0,5 = 18,846 л.

Далее подберем подходящую модель в списке актуальных предложений. Необходимо приобрести бак с запасом по емкости, чтобы исключить проблемы в процессе эксплуатации.

Расчетным параметрам, например, соответствует Reflex NG 25 со следующими характеристиками:

  • объем бачка – 25 л;
  • способ монтажа – настенный;
  • максимальное давление – 6 атм;
  • температура теплоносителя – не более +120 С;
  • соединительные размеры подводки – 3⁄4 дюйма;
  • диаметр х высота – 28 х 50 см;
  • вес пустого изделия – 4 кг.

Аналогичным образом приобретают расширительный бак водоснабжения: выбор, установка соответствуют приведенным выше рекомендациям. Главное отличие – использование в транспортной системе только чистой воды, чтобы бак для водоснабжения был подобран корректно.

Следует использовать в ходе вычислений необходимые коэффициенты расширения. В формулах учитывают емкость транспортной системы и котла.

Расширительный бак для водоснабжения (горячего) рассчитан на меньшую эксплуатационную температуру по сравнению с рассмотренным выше аналогом (до +70 С). Чтобы исключить ошибки производители применяют голубую и красную окраску внешней поверхности корпуса (ГВС и отопление соответственно).

Вместе с тем повышают прочность, чтобы исключить повреждение гидроударами. Серийные изделия способны выдержать увеличение напора до 10-12 атм.

Подбор расширительного бака для ГВС выполняют одновременно с запорными устройствами, манометрами, другими сопутствующими деталями.

Как рассчитать объем расширительного бака для открытой системы отопления

В системе открытого типа специалисты советуют установить бак в самой высокой точке. Такое решение вместе с компенсацией расширения обеспечит удаление воздуха без дополнительных приспособлений. Разумеется, помещение должно быть отапливаемым. Если решено использовать свободное пространство под кровлей, понадобится соответствующее утепление.

Точный расчет расширительного бака системы отопления в этом случае не требуется. Для предотвращения аварийных ситуаций патрубок, встроенный в стенку емкости на определенном уровне, соединяют с канализацией.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: